Давайте вкратце повторим, что мы знаем о клетках. Из предыдущих глав нам стало известно, что осуществление клеточных функций, обеспечивающих процессы жизнедеятельности, напрямую обусловлено движением белковых «шестеренок». Чтобы белки, эти «кирпичики» живого, пришли в движение, необходимы соответствующие сигналы извне, из окружающей среды. Передаточным звеном между этими сигналами и реализующими клеточное поведение белками цитоплазмы служит клеточная мембрана. Воспринимая внешние стимулы, она затем запускает соответствующую ответную реакцию, поддерживающую тот или иной процесс жизнедеятельности. Мембрана играет роль «мозга» клетки. ИМБ, рецепторы и эффекторы – фундаментальные физические субъединицы, обеспечивающие работу клеточного «интеллекта». С функциональной точки зрения эти белки играют роль «вентилей ощущений» – связующего звена между внешними раздражителями и каскадами белковых реакций, обеспечивающих нужный отклик.

Клетка реагирует на «ощущения», которые вообще-то относятся к разряду весьма низкоуровневых. Речь идет, прежде всего, о способности клетки распознавать, присутствуют ли в ее непосредственном окружении такие вещи, как калий, кальций, глюкоза, гистамин, эстроген, различные токсины, свет и тому подобные раздражители. Одновременное взаимодействие десятков тысяч рефлекторных вентилей ощущений в мембране, каждый из которых улавливает конкретный внешний сигнал, в совокупности создает сложное поведение живой клетки.

В течение первых трех миллиардов лет существования жизни на нашей планете биосфера состояла из свободноживущих отдельных клеток – бактерий, одноклеточных водорослей и простейших. Обычно мы привыкли считать такие формы жизни полностью автономными, но теперь мы знаем, что сигнальные молекулы, используемые клеткой для регуляции своих физиологических функций в окружающей среде, воздействуют на поведение и других организмов. Попавшие в эту среду сигналы способствуют координации рассеянной популяции одноклеточных организмов. Такой подход увеличивает шансы одноклеточных организмов на выживание, позволяя им функционировать как примитивное «сообщество».

Примером того, как сигнальные молекулы приводят к образованию сообществ, может служить плесневый грибок Dictyostelium discoideum. Эти одноклеточные обитают в почве и заняты непрерывным поиском пищи. При недостатке пищи клетки грибка выделяют избыточное количество побочного продукта своей жизнедеятельности – циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), значительная часть которого выбрасывается в окружающую среду. Концентрация цАМФ вблизи клеток грибка оказывается напрямую связанной с перспективой голода. Прикрепляясь к соответствующим рецепторам клеток грибка, молекулы цАМФ подают им сигнал собираться вместе. В результате клетки Dictyostelium discoideum образуют подобие большого многоклеточного «слизняка». Такое сообщество представляет собой репродуктивную стадию грибка. Во время «голодного» периода стареющие клетки делятся друг с другом своими ДНК и рождают следующее поколение клеток. Новорожденные грибки пребывают в виде неактивных спор, пока в их окружении не появится достаточно питательных веществ – их молекулы служат сигналом для прерывания «спячки» и начала нового жизненного цикла.

Итак, обмениваясь информацией об окружающей среде и координируя при помощи сигнальных молекул свое поведение, одноклеточные организмы в полном смысле слова образуют сообщество. Циклический аденозинмонофосфат явился одной из первых в истории эволюции форм секретируемых регуляторных сигналов, управляющих поведением клеток. Ранее ученые полагали, что основные сигнальные молекулы в организме человека (гормоны, нейропептиды, цитокины, факторы роста) образовались с возникновением сложных многоклеточных форм жизни. Однако результаты недавних исследований говорят, что такие «человеческие» сигнальные молекулы использовались уже примитивными одноклеточными организмами на самых ранних этапах эволюции.

В процессе эволюции возросло количество «воспринимающих» интегральных белков, которые могла содержать клеточная мембрана. Для увеличения «информированности» и, соответственно, вероятности выживания клетки начали собираться вместе – сначала в простые колонии, а затем и в высокоорганизованные сообщества. Как мы уже говорили, в многоклеточных организмах физиологические функции делегируются специализированным клеточным сообществам, образующим ткани и органы организма. В таких коллективных системах обработка информации от клеточной мембраны осуществляется нервной и иммунной системами.

Только 700 млн лет назад, сравнительно недавно в масштабах времени существования жизни на нашей планете, отдельные клетки сочли для себя выгодным объединиться в тесно связанные многоклеточные сообщества – растения и животные в нашем сегодняшнем понимании. В этих замкнутых сообществах использовались те же самые координирующие сигнальные молекулы, что и в случае свободноживущих клеток. Четко регулируя выработку и распространение этих управляющих молекул, клеточное сообщество получило возможность координировать свои функции и вести себя как единая форма жизни. В примитивных организмах, лишенных специализированной нервной системы, поток сигнальных молекул играл роль элементарного «сознания» (в форме координирующей информации, доступной каждой клетке). В них любая клетка непосредственно улавливает сигналы окружающей среды и сама корректирует свое поведение.

Но когда клетки объединяются, возникает необходимость в ином подходе. Теперь уже отдельная клетка не может действовать независимо и по собственному разумению. Термин «сообщество» подразумевает, что все его члены подчинены некоему общему плану действий. В многоклеточном организме клетка может «видеть» свое непосредственное окружение, но ничего не знать о том, что происходит на большем удалении, в особенности за пределами всего этого организма. Способны ли скрытые глубоко внутри вас клетки печени, исправно откликающиеся на сигналы своего непосредственного окружения, осмысленно отреагировать на появление уличного грабителя? Сложные функции управления поведением, без которых многоклеточный организм не смог бы выжить, встроены в его централизованную систему обработки информации.

По мере дальнейшего усложнения живых организмов функции отслеживания и организации потока сигнальных молекул, управляющего клеточным поведением, брали на себя специализированные клетки. На основе этих клеток сформировались распределенная нервная сеть и центральный обработчик информации – мозг. Он координирует диалог между сигнальными молекулами и клеточным сообществом. Таким образом, в этом сообществе каждая из клеток неизбежно теряет управляющие функции, полагаясь на осознанные решения своего информационного «патрона» – мозга. Именно мозг управляет поведением клеток большого организма. Это очень важный момент, который следует принять во внимание, прежде чем обвинять клетки своих тканей и органов в каких-либо расстройствах.